СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК H04B1/69 H04L27/20 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи с шумоподобными сигналами и нелинейными усилителями мощности передатчиков для снижения уровня внеполосных излучений.

Недостатком шумоподобных фазоманипулированных сигналов, формируемых классическими способами [1, стр. 16-20], является наличие скачков фазы на сто восемьдесят градусов. При фильтрации таких сигналов, с целью подавления внеполосных спектральных составляющих, возникает глубокая амплитудная модуляция, вплоть до обращения огибающей в ноль. Если в дальнейшем сигнал проходит через нелинейный усилитель мощности передатчика, восстанавливается огибающая, а вместе с ней и подавленные спектральные составляющие [2, стр. 580].

Целью изобретения является разработка способа формирования шумоподобных сигналов, при котором скачки фазы не превышают девяносто градусов. При фильтрации таких сигналов возникает легкий спад огибающей в области скачков фазы и при дальнейшем ограничении огибающая восстанавливается, а спектральные составляющие не усиливаются [2, стр. 580]. Достигаемый результат – возможность использования в системах с нелинейными усилителями мощности передатчиков.

Наиболее близким по количеству совпадающих признаков к заявляемому способу является способ формирования шумоподобных сигналов, описанный в [3].

Согласно этому способу формируют сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности, одна из которых предназначена для синхронизации (СП), а вторая – для передачи информации (ИП). Последовательности фазируют между собой, после чего ИП циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое цифровыми данными, поступающими от источника информации за время, равное периоду псевдослучайных последовательностей. Циклически сдвинутую последовательность ИП суммируют по модулю два с дополнительным битом информации и манипулируют по фазе сигнал несущей частоты. Формируют второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно первого по фазе на девяносто градусов, который манипулируют по фазе последовательностью СП и суммируют с манипулированным первым сигналом несущей частоты.

Недостатком способа-прототипа является наличие скачков фазы сигнала на сто восемьдесят градусов, возникающих в момент одновременного изменения значений последовательностей, которыми манипулируют по фазе сигналы несущей частоты.

Для решения поставленной в изобретении задачи в способе формирования шумоподобных сигналов, заключающемся в том, что формируют сигнал тактовой частоты в форме меандра и два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности (ПСП), сфазированные между собой, синхронизирующую и информационную, на каждом периоде повторения синхронизирующей ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига информационной ПСП относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и дополнительного сложения по модулю два с еще одним битом информации, согласно изобретению формируют композиционную ПСП путем коммутации сигналом тактовой частоты элементов модулированной ПСП и синхронизирующей ПСП, один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов композиционной ПСП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов последовательностью, которую формируют сложением по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной ПСП, и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.

Способ формирования шумоподобных сигналов заключается в последовательном выполнении следующих операций:

- Формируют сигнал тактовой частоты, имеющий форму меандра.

- Формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов.

- Из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности (ПСП), сфазированные между собой, синхронизирующую и информационную.

- На каждом периоде повторения синхронизирующей ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига информационной ПСП относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и дополнительного сложения по модулю два с еще одним битом информации.

- Формируют композиционную ПСП, путем коммутации сигналом тактовой частоты элементов модулированной ПСП и синхронизирующей ПСП.

- Один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов композиционной ПСП.

- Сигнал тактовой частоты суммируют по модулю два с элементами композиционной ПСП и полученной последовательностью манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов второй сигнал несущей частоты.

- Суммируют оба фазоманипулированных сигнала.

Рассмотрим математическое представление формируемого сигнала. Обозначим значения синхронизирующей ПСП и модулированной ПСП на интервале времени , соответствующему  - ому периоду тактовой частоты, как и (фиг.1, II и фиг.1, III). Будем считать, что сигнал тактовой частоты принимает значение логической единицы на интервале времени и логического нуля на интервале времени (фиг.1, I). Будем также считать, что элемент композиционной ПСП равен элементу синхронизирующей ПСП, когда уровень сигнала тактовой частоты равен логической единице (фиг.1, IV).

На интервале времени элемент композиционной последовательности равен , а на интервале он равен (фиг.1, IV). Элементы последовательности, формируемые сложением по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной последовательности на этих интервалах времени равны и соответственно (фиг.1, V).

Формируемый сигнал на интервале времени
имеет вид

,

а на интервале –

.

Методом перебора значений двоичных чисел и можно доказать тождество

Из него следует, что

Таким образом, начальная фаза формируемого сигнала на интервале времени равна

а на интервале

Разность начальных фаз с точностью до равна

Аналогично, разность начальных фаз сигнала на интервалах времени и с точностью до равна

Таким образом, у формируемого сигнала скачки фазы составляют ±90 градусов, то есть не превышают девяносто градусов.

Из выражений (1) видно, что синхронизирующая ПСП предается на интервалах времени , а модулированная ПСП на интервалах времени . Таким образом, время передачи каждой ПСП уменьшается в два раза. Однако амплитуда сигналов возрастает в раз, поэтому энергия сигналов используемых для синхронизации и приема информации остается такая же как и в способе-прототипе.

Незначительно меняется алгоритм обработки сигнала в приемном устройстве. Если использовать алгоритмы, оптимальные для сигналов, формируемых способом-прототипом, то помехоустойчивость уменьшится на 3 дБ. Это связано с тем, что добавляются шумы на тех интервалах времени, когда соответствующие ПСП не передаются. Помехозащищенность не изменится, если корреляции входного сигнала с опорными ПСП вычислять только на интервалах времени их передачи. Например, при приеме информации достаточно обнулять входной сигнал (отсчеты квадратурных огибающих входного сигнала) на интервалах времени .

Отметим, что у формируемых сигналов ширина спектра в два раза больше чем у сигналов, формируемых способом-прототипом. В два раза увеличивается база сигналов и соответственно, на 3 дБ увеличивается помехоустойчивость по отношению к заградительным и узкополосным помехам.

Пример технической реализации устройства формирования шумоподобного сигнала согласно заявляемому способу приведен на фиг.2.

Устройство содержит:

1 – параллельный регистр;

2 – сумматор по модулю N, где N – количество элементов ПСП;

3, 6 – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

4 – формирователь сигнала тактовой частоты (ФСТЧ);

5 – счетчик по модулю N,

7, 14 – сумматор по модулю два;

8 – фазовращатель;

9 – формирователь сигнала несущей частоты (ФСНЧ);

10 – коммутатор;

11, 15 – преобразователь уровня;

12, 16 – перемножитель;

13 – сумматор.

Устройство работает следующим образом. Сигнал тактовой частоты, формируемый ФСТЧ 4, поступает на тактовый вход счетчика по модулю N 5. На выходах счетчика 5 формируется периодическая последовательность многоразрядных двоичных чисел [0, 1,…, N-1], которая поступает на адресные входы ПЗУ 6 и один из многоразрядных входов сумматора по модулю N 2. В ПЗУ 6 записаны элементы синхронизирующей ПСП, поэтому на его выходе формируется периодическая синхронизирующая ПСП. Сигнал с выхода переноса счетчика по модулю N 5 поступает на тактовый вход параллельного регистра 1 и внешнее устройство передачи данных (УПД). По этому сигналу УПД выдает многоразрядный код очередного передаваемого информационного символа и дополнительный бит информации на входы параллельного регистра 1.

Код информационного символа с выходов регистра 1 поступает на второй вход сумматора по модулю N 2, на выходе которого формируется циклически сдвинутая последовательность [0, 1, … , N-1]. Двоичное представление величины сдвига равно коду информационного символа. Выходные сигналы сумматора по модулю N 2 поступают на адресные входы ПЗУ 3. В ПЗУ 3 записаны элементы информационной ПСП, поэтому на его выходе формируется информационная ПСП циклически сдвинутая на количество элементов, двоичное представление которого равно коду информационного символа.

Выходной сигнал ПЗУ 3 поступает на один из входов сумматора по модулю два 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода регистра 1, соответствующий дополнительному биту информации. На выходе сумматора по модулю два 7 формируется модулированная ПСП, которая поступает на один из входов коммутатора 10. На второй вход коммутатора 10 поступает синхронизирующая ПСП с выхода ПЗУ 6, а на вход управления- сигнал тактовой частоты с выхода ФСТЧ 4.

На выходе коммутатора 10 формируется композиционная ПСП, которая поступает на вход преобразователя уровня 11 и один из входов сумматора по модулю два 14. На второй вход сумматора по модулю два 14, поступает сигнал тактовой частоты и на его выходе формируется последовательность сумм по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной ПСП.

Выходные сигналы коммутатора 10 и сумматора по модулю два 14 приводятся к биполярному виду в преобразователях уровня 11 и 15 и поступают на входы перемножителей 12 и 16 соответственно. На второй вход перемножителя 16 поступает сигнал несущей частоты с выхода ФСНЧ 9, а на второй вход перемножителя 12 – сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов в фазовращателе 8.

На выходе перемножителя 16 формируется сигнал несущей частоты, манипулированный по фазе на сто восемьдесят градусов суммой по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной ПСП. На выходе перемножителя 12 формируется сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов и манипулированный по фазе на сто восемьдесят градусов элементами композиционной последовательности.

В сумматоре 13 суммируются оба фазоманипулированных сигнала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384с.

2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 1104с., с.733-819.

3. Патент RU 2279 183 С2. Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. №18.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиосистемах с шумоподобными сигналами. Технический результат – снижение скачков фазы сигнала до девяноста градусов, возникающих в момент одновременного изменения значений последовательностей, которыми манипулируют по фазе сигналы несущей частоты. Такой технический результат обеспечивается тем, что формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и сигнал тактовой частоты. Из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности, синхронизирующую (СП) и информационную (ИП). На каждом периоде повторения СП формируют модулированную последовательность (МП) путем циклического сдвига ИП относительно СП. Формируют композиционную последовательность путем коммутации сигналом тактовой частоты элементов МП и СП. Один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе композиционной последовательности, а второй – последовательностью, полученной сложением по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной последовательности, и суммируют их. 2 ил.

Способ формирования шумоподобных сигналов, заключающийся в том, что формируют сигнал тактовой частоты в форме меандра и два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности (ПСП), сфазированные между собой, синхронизирующую и информационную, на каждом периоде повторения синхронизирующей ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига информационной ПСП относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и дополнительного сложения по модулю два с еще одним битом информации, отличающийся тем, что формируют композиционную ПСП путем коммутации сигналом тактовой частоты элементов модулированной ПСП и синхронизирующей ПСП, один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов композиционной ПСП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов последовательностью, которую формируют сложением по модулю два сигнала тактовой частоты с элементами композиционной ПСП, и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.